高频二维脉宽调制转阀流体控制特性研究

传统的阀控液压系统是利用液压阀节流孔来控制流量,存在很大的节流损失。基于数字液压的思想及受高速开关阀全开和全关状态理论上无节流损失的启发,本文提出二维脉宽调制转阀构型,将液压系统流量以流体脉宽调制的方式进行控制及分配,降低节流损失,同时通过主动溢流方式极大地消除溢流损失。在高压(负载)支路和低压(油箱)支路之间通过阀芯旋转快速高频切换输出离散流量;通过阀芯轴向位移控制占空比(恒定转速下,负载支路连通时间与回油支路总连通时间的比)以实现输出平均流量的控制。通过数学模型、仿真以及实验验证了高频二维脉宽调制转阀可将流体连续性流动转变为离散、可控的流动,从流体系统工作介质离散化的角度实现了一种新的流量控制方式。     

一种电液换向阀的启动流场特性研究

电液换向阀是液压系统中实现方向控制的关键元件,阀的工作性能对液压系统影响很大。本文对国内某型大流量电液换向阀的进油工况进行研究,发现阀口压力损失原因为主阀阀口处流道方向和过流面积变化较大形成"流体阻尼孔"引起的局部压力损失,主阀芯存在径向不平衡力,靠近主阀芯阀口和内壁形成漩涡的区域流动稳定性最差。阀口锥角主要影响阀内容腔流体最高速度区域和压力的分布,随着阀口锥角增大,最高速度的分布区域增大,低压区域增多,流体压降增大,容易形成气穴和噪声等有害现象。     

斜坡渐扩形节流槽对比例阀微动特性影响研究

针对现有U形节流槽的比例阀在小开口处，阀口过流面积变化梯度较为剧烈、流量增益较大，导致比例阀在小开口时会产生启动不平稳、响应速度较慢和流量控制精度较低的问题，提出一种节流槽形状为斜坡渐扩形的新阀芯。通过理论计算和模拟仿真的方法，对比分析了U形节流槽和斜坡渐扩形节流槽的过流面积变化梯度以及不同阀口开度下的位移特性、流量特性和阀口流动特性。由仿真结果可知，相较于U形节流槽，斜坡渐扩形节流槽在阀口开度为1mm时，阀芯位移响应时间缩短0.04s；在阀口开度为2mm时，阀芯位移响应时间缩短0.07s。且斜坡渐扩形节流槽在阀口开度较小时，稳态液动力更小，流动状态更稳定，造成的流动损耗也更小。最后进行了试验验证，由试验结果可知，斜坡渐扩形节流槽阀芯位移响应时间缩短0.08s，且阀芯流量响应特性曲线的线性度更好。通过对仿真和试验结果的对比分析可知，当节流槽形状为斜坡渐扩形时，阀芯在小开口处过流面积变化梯度较小，流量增益较为平稳，从而提高了阀的启动平稳性、响应速度和流量控制精度，改善了比例阀微动特性。     

负荷传感转向液压系统优先阀的稳健设计

为了实现优先阀的稳健设计,基于解析法及SIMULINK分别建立了优先阀动态数学模型及仿真模型,仿真分析了系统各参数变化对优先阀动态响应特性的影响规律。在分析动态响应特性主要影响因素的基础上,以优先阀转向系统的流量响应超调量最小为设计目标,以优先阀的阀芯直径、弹簧刚度及节流口面积为设计变量,以方向盘角速度、转向负载、工作负载及输出流量为不确定因素,完成了基于损失模型的稳健设计。结果表明,稳健设计提高了设计目标的稳健性,一定程度上提升了优先阀的动态响应特性,该设计方法同样适用于其他阀件的改进设计。     

液压挖掘机负流量负荷传感控制策略

针对目前液压挖掘机上常用的负流量控制系统的不足,提出了一种负流量负荷传感控制策略,并应用于一台试验型液压挖掘机器人上。控制策略的原理是在负流量控制的基础上,使旁路回油设定压力随外负载的变化而变化,在减小多路阀旁路回油节流损失的同时,提高了系统的操纵性。应用结果表明,效果良好。     

流量稳定阀的动静态性能

为了研究一种补偿阀芯前置式流量稳定阀的静态和动态性能,计算了主阀腔平衡压力p1,发现在稳定阀其他节流参数不变的情况下其值可以看作是系统输入压力p0与负载压力p2的线性组合;并在此基础上得出了补偿阀芯位移率Δxpc／xpc与静态参数之间的物理模型．利用AMESim液压系统开发库HCD建立了流量稳定阀动态模型,分析了不同参数对其动态性能的影响,结果表明:增大p0可以提高负载运行效率,并使外部和内部反馈压力差增大,但同时会造成负载运行不稳定;增大负载质量M,内部和外部的反馈压力差会下降,但负载动态稳定性得到一定的改善．增大弹簧刚度K,负载动态变化过程开始时间会延迟,且负载运行趋向不稳定; K的变化会影响内部反馈压力差,但对外部反馈压力差的稳态值几乎无影响;补偿阀芯左侧圆柱面直径dt对负载动态性能的影响很小．     

流量稳定阀的动静态性能

为了研究一种补偿阀芯前置式流量稳定阀的静态和动态性能,计算了主阀腔平衡压力p1,发现在稳定阀其他节流参数不变的情况下其值可以看作是系统输入压力p0与负载压力p2的线性组合;并在此基础上得出了补偿阀芯位移率Δxpc/xpc与静态参数之间的物理模型.利用AMESim液压系统开发库HCD建立了流量稳定阀动态模型,分析了不同参数对其动态性能的影响,结果表明：增大p0可以提高负载运行效率,并使外部和内部反馈压力差增大,但同时会造成负载运行不稳定;增大负载质量M,内部和外部的反馈压力差会下降,但负载动态稳定性得到一定的改善.增大弹簧刚度K,负载动态变化过程开始时间会延迟,且负载运行趋向不稳定;K的变化会影响内部反馈压力差,但对外部反馈压力差的稳态值几乎无影响;补偿阀芯左侧圆柱面直径dt对负载动态性能的影响很小.     

负载敏感技术在甘蔗联合收割机上的应用

甘蔗联合收割机由于执行元件的复杂性及液压系统负载的多变性,在作业过程中造成了大量的液压能损失现象.为改善收割机的节能性,在对负载敏感系统的工作原理进行分析的基础上首次提出了将负载敏感技术应用于甘蔗联合收割机的节能观点,并为其负载敏感系统匹配了相关参数.基于AMESim平台的静、动态仿真结果表明,在系统压力达到调压阀设定压力之前,系统的流量仅取决于流量阀的开口而与负载无关,负载敏感阀将根据流量阀的开口自动调节变量泵的排量.在系统压力达到调压阀设定压力之后,系统压力仅取决于调压阀的设定值,而与负载无关,此时负载敏感阀将自动调节变量泵的排量使其恰好与负载的需要相适应,控制过程的压力损失小于1 MPa,从而大大减小了甘蔗联合收割机的液压能损失.     

锥台形液压锥阀过流面积CFD可视化计算

针对液压插装阀的主阀都采用平底断面,但在计算流量时却采用按完整锥面锥阀导出的过流面积计算公式,从而造成非常大的计算误差、不能准确指导设计的问题,采用CFD流场可视化仿真对锥台形锥阀的出流特性进行了研究。通过分析阀内流场参数分布特征,判断锥阀过流断面位置,提出了转折开口度的概念。得出锥台形锥阀的阀芯在大行程范围移动时过流断面面积变化存在关键的转折点,不同行程范围不同内外流流动状况过流断面位置不同,相对应的面积计算公式也不同。采用新的面积计算公式,可以比较准确地计算锥台形锥阀的过流面积和通过阀的流量。同时,对比内外流流动状况的阀内流场特征,结合确立的过流断面,指出对于锥台形锥阀流动应考虑孔口节流损失和进出阀口局部损失的混合作用,内外流流动时进出阀口局部损失的不同是内外流流量特性不同的根源。     

丘陵山地拖拉机液压多点动力输出系统设计与试验

针对丘陵山区地形复杂、地块通常起伏不平,丘陵山地拖拉机在工作时需要调平车身,悬挂装置需要实时调节以适应地形变化的具体情况,设计了一套适用于丘陵山地拖拉机复合作业的液压多点动力输出系统。首先,根据阀的工作原理建立了主要液压阀的数学模型;然后,基于AMESim（Advanced modeling environment of simulation）仿真软件建立了拖拉机液压多点动力输出系统仿真模型。仿真结果表明,右路负载阶跃变化时,系统压力调整时间约0.1s,超调量为2.13%,两路稳态流量保持不变;右路阀芯阶跃变化时,右路流量在7.2~13L/min范围内阶跃变化,调整时间约0.1s,几乎无超调,左路流量波动很小。最后,进行了室内试验,验证了所设计的液压系统具有负载反馈、压力补偿和流量分配等功能。     

大流量电液控制阀设计与试验

设计了一种大流量电液控制阀,采用压差反馈取代常用的位移反馈,为二级阀闭环提供了一种新方法并降低了成本;采用椭圆油口降低了阀芯长度与质量,有利于提高系统频响。建立了电液控制阀系统的数学模型并进行了仿真分析,结果表明采用矩形窗口与三角形窗口组合的复合节流窗口的设计可同时满足大流量时的快速性与小流量时的稳定性要求,电液控制阀最大流量为417 L/min,在±50%输入信号下频响为73 Hz。研制了试验样机并成功应用于液压软管脉冲试验系统,系统在不同负载下的水锤波响应进一步验证了所设计大流量电液控制阀应用的广泛性。     

GPCM控制阀内流道流场仿真

广义脉码调制(GPCM)控制阀是一种组合型式的阀,组成的各基元通过液压集成块连接到一起。流体运动在液压集成块流道内的分布规律是研究液压阀流量控制与节能的关键之一,流体在流道内的分布规律决定流体能量损失的大小。利用计算流体力学(CFD)对GPCM控制阀进行了流场的仿真研究,得到了阀内部压力变化与基元流量之间的关系。研究结果有助于在设计GPCM控制阀时使结构优化,降低阀内部能耗与噪声,提高性能。     

流量控制式ECHPS系统转阀结构参数优化设计

在流量控制式电控液压助力转向系统(ECHPS)中,转阀结构参数对系统的可变助力特性有重要的影响.应用液阻网络理论对系统的等效通流面积和助力特性进行了分析.建立了转阀阀口通流面积与转阀主要结构设计参数(小坡口宽度、小坡口圆弧偏心距、阀芯键宽、小坡口轴向长度)之间的数学关系.对转阀的主要结构参数进行了优化设计,优化前为0.9 mm、10 mm、5.76 mm和11 mm,优化后为1.115 mm、4.626 mm、5.652 mm和4.499 mm.仿真计算结果表明优化后可变助力特性范围由1.2升为3,低速转向时最大手力达到了4 N·m.     

重型拖拉机电液提升器多路换向阀仿真与试验

以多路换向阀为研究对象,分析了多路换向阀的工作原理和结构特点,利用压力-流量方程、孔道流量连续性方程及阀芯力平衡方程建立了多路换向阀的状态方程,并运用Matlab/Simulink软件,选择四阶龙格-库塔算法对其进行了动、静态性能仿真分析。基于闭心式负载传感液压系统试验平台,对多路换向阀进行了试验研究,试验结果表明：整个液压系统的压力损失在1.5MPa左右,负载压力阶跃变化时,多路换向阀可实现负载补偿功能;手动换向阀芯位移阶跃变化时,多路换向阀内压力冲击小、响应特性好;系统流量仅与多路换向阀调速节流口开度大小有关,不受负载变化影响,调速性能良好,满足重型拖拉机电液悬挂系统对多路换向阀的性能要求。     

基于神经网络的AMT离合器自适应温度补偿控制

采用电－液控制的机械式自动变速器（AMT）控制品质受液压油温度的影响很大，克服液压系统温度对AMT离合器工作过程的影响是AMT产品化进程的一项重要工作。本文应用神经网络辨识的方法建立了无脉宽调制离合器接合过程模型及离合器分离过程温度－压力补偿模型，并在此基础上提出了基于神经网络的离合器自适应温度补偿控制方法。试验证明，该控制方法是有效可行的。     

径向流和圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

设计了径向流动式和圆环流动式2种不同液流通道结构的磁流变阀,并分别对其工作原理进行了阐述;推导了径向流和圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)分别对径向流和圆环流磁流变阀的电磁场进行了建模仿真,在结构参数和磁场参数相等的情况下分析了径向流和圆环流2种液流通道结构的磁流变阀压降变化规律。搭建了磁流变阀压降性能试验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的径向流和圆环流磁路变阀的压降性能进行了试验分析。仿真和试验结果均表明同样结构参数和磁场参数下的径向流磁流变阀产生的压降大于圆环流磁流变阀产生的压降。     

支管射流三通结构优化与试验

为了提高支管射流三通水力性能,改善滴灌的灌水均匀性,基于CFX数值模拟技术,对进口宽度为15 mm的支管射流三通进行结构优化.选取位差、劈距、劈尖半径和侧壁倾角为影响因素,通过四因素三水平正交设计了9组模型,边界条件设定为进口压力100 kPa.选取支管射流三通出口设计流量为评价标准,支管射流三通最优结构尺寸为位差5.5 mm、劈距113 mm、劈尖半径13 mm、侧壁倾角10°.此结构尺寸参数下的支管射流三通水力性能试验结果表明:在进口水压为100 kPa时,支管射流三通脉冲频率为148次/min,水头压力振幅为37.9 kPa,水头压力损失为16.7 kPa,出口流量为0.698 L/s;支管射流三通所接滴灌带长度为60 m时,与普通支管三通相比,支管射流三通的灌水均匀系数提高了2.78%,流量偏差率降低了4.72%.该研究可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据.     

带式输送机软起动数字电液比例控制

将采用数字高速开关阀构成的新型电液比例控制系统,应用于大功率带式输送机的软起动装置中;分析软起动装置的负载特性,提出软起动装置数字电液比例控制系统的数学模型,为拓宽数字高速开关阀的应用领域提供了例证。